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TeX
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\section{Réfraction de la lumière}
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[width=5.366cm,height=4.175cm]{Pictures/10000001000000F8000000C2693C9AC6103FFED7.png}
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\caption{}
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\end{figure}
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L'expérience de Young nous a permis d'affirmer que la lumière a un
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comportement ondulatoire.
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Continuons la démarche dans le cadre de la dualité onde-particule de la
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lumière, et intéressons-nous à la réfraction de la lumière. Cette
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dernière obéit-elle à la loi de Snell~élaborée avec la cuve à onde,
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autrement dit, la lumière a-t-elle un comportement ondulatoire si elle
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est soumise au phénomène de la réfraction~?
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La question que nous nous posons est de savoir si la lumière obéit à la
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loi de Snell.
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\includegraphics[width=7.398cm,height=5.456cm]{Pictures/100000010000018F0000012698B477377A07703C.png}\emph{Expérience~:
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}
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Pour ce faire, faisons réfracter la lumière monochromatique à travers un
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prisme semi-circulaire en plexiglas et observons la relation entre
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l'angle d'incidence, l'angle de réfraction, la vitesse de la lumière
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dans l'air (v\textsubscript{1}) et la vitesse de la lumière dans le
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plexiglas (v\textsubscript{2}).
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\subsection{Observations }
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Lorsqu'un rayon lumineux passe de l'air au plexiglas, nous pouvons
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observer que $\theta_r$ (le rayon se rapproche de la normale).
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Il nous reste à savoir si $v_{1} > v_{2}$ ,
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autrement dit, si la vitesse de la lumière dans l'air est supérieure à la vitesse
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de la lumière dans le plexiglas.
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Comment faire~? La vitesse de la lumière est de l'ordre de 300 000
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km/s~!!! C'est impossible de la mesurer dans notre petit laboratoire
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terrestre \ldots.
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[width=1.898cm,height=2.048cm]{Pictures/1000000100000184000001A368D3CEB0029E7460.png}
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\caption{}
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\end{figure}
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Nous pouvons calculer le rapport des vitesses car nous savons déterminer
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le rapport des longueurs d'onde grâce à l'expérience de diffraction de
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la lumière par un réseau~!!!!
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Ceci fera l'objet du laboratoire suivant. Nous reviendrons à nos moutons
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ensuite, lorsque nous aurons déterminé si la lumière se propage plus
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rapidement dans l'air que dans l'eau ( ou le plexiglas) ou inversement.
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\subsection{Laboratoire - Détermination du rapport des vitesses de la lumière dans l'air et dans l'eau}
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\includegraphics[width=9.885cm,height=7.243cm]{Pictures/1000000100000257000001B74156330002E2CF55.png}
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\paragraph{Dispositif expérimental}
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On utilise de la lumière monochromatique (une seule fréquence) d'un
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laser.
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Un réseau de 530 traits par mm est placé contre une des faces du
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réservoir rempli en partie d'eau.
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L'écran est placé contre la face opposée à celle où est placé le réseau.
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La hauteur du laser sera ajustée pour que la lumière traverse tantôt de
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l'air, tantôt de l'eau.
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En mesurant i\textsubscript{air} et i\textsubscript{eau }, nous pouvons
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calculer expérimentalement le rapport des vitesses de la lumière dans
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l'air et dans l'eau (vair/veau).
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Mesures expérimentales~:
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\begin{enumerate}
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\item Mesure de $i$ dans l'air~:
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\item Mesure de $i$ dans l'eau~:
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\item Calculer le rapport $\frac{v_\text{air}}{v_\text{eau}}} $ sachant
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que $ V= ??$
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\end{enumerate}
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Conclusion~: La lumière se propage plus rapidement dans l'air que dans
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l'eau.
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La diffraction de la lumière par un réseau conduit à la
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conclusion que la lumière se propage plus rapidement dans l'air que dans
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l'eau.
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\subsection{Réfraction de la lumière allant de l'air dans le plexiglas (ou dans l'eau)}
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Grâce au laboratoire précédent, nous avons
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expérimentalement déterminé que \emph{la vitesse de la lumière dans
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l'air est supérieure à la vitesse de la lumière dans l'eau} (ou dans le
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plexiglas)}{Grâce au laboratoire précédent, nous avons expérimentalement déterminé que la vitesse de la lumière dans l'air est supérieure à la vitesse de la lumière dans l'eau (ou dans le plexiglas)
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La question que nous nous posons est de savoir si la lumière obéit à la
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loi de Snell.
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Pour ce faire, revenons à nos moutons et faisons réfracter la lumière
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monochromatique à travers un prisme semi-circulaire en plexiglas et
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observons la relation entre l'angle d'incidence, l'angle de réfraction,
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la vitesse de la lumière dans l'air et la vitesse de la lumière dans le
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plexiglas.
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\includegraphics[width=6.172cm,height=4.551cm]{Pictures/10000001000000F8000000C25D3572F9FC1A2068.png}
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Grâce à l'expérience de Young, réalisée dans l'air et dans le plexiglas (comme
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nous l'avions réalisée dans l'air et dans l'eau), nous pouvons
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expérimentalement déterminer que~\emph{pour la lumière }:
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$ v_\mbox{air} > v_mbox{plexi} $
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Et nous avons observé expérimentalement (voir figure ci-contre)~:
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$\theta_i < \theta_r$ FIXME à vérifier
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[width=2.634cm,height=1.412cm]{Pictures/100000010000002B00000017F74A96A4365CCDCA.png}
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\caption{}
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\end{figure}
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et donc~:
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[width=5.366cm,height=4.175cm]{Pictures/10000001000000F8000000C2693C9AC6103FFED7.png}
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\caption{}
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\end{figure}
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\subsection{Conclusion quand au caractère ondulatoire ou corpusculaire de la lumière }
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LUMIERE~: ONDE OU PARTICULE~?
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\includegraphics[width=3.829cm,height=4.334cm]{Pictures/1000000100000102000001673F5D940D6E4D1166.png}
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FIXME CONTINUER ICI
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1)
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Si nous nous reportons à l'expérience de réfraction avec la lumière~:
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Lorsque la lumière passe de l'air à l'eau, nous observons de la
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réfraction avec~:
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i r
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et v\textsubscript{air} v\textsubscript{eau}
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(v\textsubscript{1}v\textsubscript{2})
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Ce qui est conforme à la loi de Snell (ondulatoire).
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Cela confère à la lumière un \emph{comportement ondulatoire.}
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2) Les phénomènes de diffraction et d'interférences ne sont explicables
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que par un comportement ondulatoire. Or la lumière diffracte et est
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soumise aux interférences. Elle a donc un \emph{comportement
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ondulatoire.}
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3) La diffraction de la lumière par un réseau conduit à la conclusion
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que la lumière se propage plus rapidement dans l'air que dans l'eau.
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Cela lui confère un \emph{comportement corpusculaire.}
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4) La propagation de la lumière dans le vide (donc en l'absence de
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milieu), lui confère un \emph{comportement corpusculaire.}
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Nous ne sommes pas sortis de l'auberge \ldots.
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Cette dualité prend ses racines dans un
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\href{https://www.techno-science.net/definition/4206.html}{\emph{\emph{débat}}}
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remontant aussi loin que le XVII\textsuperscript{e}~siècle , quand
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s'affrontaient les théories concurrentes de Christiaan Huygens qui
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considérait que la
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\href{https://www.techno-science.net/glossaire-definition/Lumiere.html}{\emph{\emph{lumière}}}
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était composée d'ondes et celle de
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\href{https://www.techno-science.net/glossaire-definition/Isaac-Newton.html}{\emph{\emph{Isaac
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Newton}}} qui considérait que la lumière était des particules.
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En attendant de continuer cette démarche scientifique qui permettrait de
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trouver une réponse à cette dualité, nous allons nous attarder à
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exploiter les expériences et théories relatives à la réfraction de la
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lumière et à sa diffraction par un réseau.
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Passons aux exercices et applications au chapitre suivant.
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